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  • 1 # 科技無界

    題主的意思應該是如何通俗的理解愛因斯坦的相對論吧。

    來粗淺的解釋一下。

    相對論是對牛頓力學的一個修正

    首先我們要明白相對論是愛因斯坦對牛頓力學體系的一個修正,這個基調要明白,是修正不是革命替代。也就是說牛頓的力學不是錯了,而是它的適用範圍有限,它只能在低速宏觀的條件下使用,而當物體以接近光速運動的時候牛頓的力學就不太準了,這時候我們要用相對論力學來修正它。也可以這樣理解:牛頓力學是相對論力學在速度遠小於光速時候的一個特例。

    我們先看狹義相對論(叫狹義是因為狹義相對論只在慣性系中有效,它考慮的是平直時空的問題,不涉及引力),看看它到底修正了牛頓力學的哪些東西,看看有哪些東西到了接近光速的時候就不能用牛頓力學來解釋了。

    不聽話的光

    本來牛頓的世界一切都安靜祥和美好,宇宙的規律似乎盡在掌握之中,但是這時候出現了一個不聽話的東西:光。

    光怎麼個不聽話法呢?因為光速它不變!

    有人說光速不變有什麼奇怪的,物理學裡速度不變的東西多了去了,聲音在空氣裡的傳播速度也不變,鐘擺還一直規矩的搖擺呢。但是,我說的光速不變不是指這個,而是說光速相對參考系不變!!!

    怎麼理解這句話成了理解狹義相對論的關鍵。

    我給大家舉個例子:假設你現在在一輛火車上,火車的速度是50米每秒,然後你以1米每秒的速度在火車裡面往前走,這時候你想象一下如果地面上有個人,他測量你的速度的話,會是多少?

    我相信你敢肯定的說是51米每秒,這麼簡單的問題小學生都會。沒錯,確實是51米每秒,地面上觀測到人的速度就是火車的速度+人在火車上行走的速度。而且,不光是人在裡面行走,似乎不論什麼東西,你在火車了仍飛鏢也好,打槍也好,都會滿足這種簡單的加法,也就是說地面上的人觀察到的速度一定是 火車的速度加上火車裡面東西的速度。

    但是,當實驗物件換成光的時候,這一切就變了。我們現在都知道光速的大約是30萬公里每秒(後面的光速用字母c代替),如果我在火車裡開啟一個手電筒,我在地面上的人測量這個光速,它居然不是c+50,而是依然還是c。也就是說,我在地面上測量的手電筒的光的速度竟然不是光速+火車的速度,我在火車上測量光速是c,到地面上測量它還是c。

    如何處理不聽話的光

    科學家們做了很多實驗,最後的結果都是一樣的:光這個頑固的小子不論誰在哪裡測量,他都是c,完全不符合牛頓力學裡最基本的速度疊加原理,這個事怎麼處理?

    有一大批人試圖用以太來解釋這個,後來這一批全部陣亡,不解釋。

    愛因斯坦想,光這小子好像確實與眾不同,不同參考系下的光速確實都是一樣的,不符合以前的疊加原理,這種事情要怎麼辦呢?

    為什麼光速會不變呢?想不通,既然想不通,那就乾脆假設光速是不變的,看看能推匯出一些啥東西來,而且如果假設光速是不變的,麥克斯韋電磁學和牛頓力學之間的矛盾也好解釋了,也能解釋一些其他的難以理解的現象,這真是一舉多得啊。

    然後好景不長,愛因斯坦看看他筆下的公式,OMG,看看我都推匯出來了一些啥?如果光速是不變的,那麼運動的物體時間會變慢,長度會縮短,質量會增加,這個世界瘋了麼?

    愛因斯坦推出來的這一套就是狹義相對論。

    所以,簡單的來說,狹義相對論就是愛因斯坦假設光速在不同的參考系下都一樣,然後把牛頓體系裡除了萬有引力定律的東西重新給推理了一遍。因為光速是不變的,所以在愛因斯坦推匯出來的新公式裡,啥都跟速度光速有關係,時間、長度、質量、能量都是,然後就有了上面說的運動的物體時間會變慢,長度會縮短,質量會增加這些狹義相對論的效應。

    廣義在哪裡

    上面說了狹義相對論,那廣義相對論又是啥?狹義廣義,從名字上來看,也應該知道廣義相對論適用的範圍更廣一些。還記得上面在說狹義相對論的時候我說了狹義相對論是基於慣性系的麼?慣性系就是靜止或者勻速直線運動的參考系,簡單來說就是沒有加速度的條件,但是世界上根本找不到真正絕對的慣性系,真正的物理世界基本上一動就要碰到加速度這個怪物。

    那怎麼辦?總不能讓一種理論永遠只存在於理想環境裡吧?於是愛因斯坦就絞盡腦汁,把相對論從慣性系推廣到非慣性系,要讓這一套思想真正的在不管有沒有加速度都能使用,愛因斯坦成功了,後面這個在非慣性系裡也能用的就叫廣義相對論。

    等效原理

    大家還記得我在上面一句話說狹義相對論的時候,說狹義相對論是把牛頓體系裡除了萬有引力定律以外的東西都給推了一遍麼?為什麼要把萬有引力定律除外?

    理由很簡單,狹義相對論是考慮的是慣性系,如果有引力的話,那肯定就會產生加速度,變成非慣性系了,所以,狹義相對論無法包含萬有引力定律,也無法處理加速度的事情。

    引力和加速度,一個代表力,一個代表運動,這兩個事在狹義相對論裡都解決不了,那要怎麼辦呢?

    反正關子我也不賣,據說愛因斯坦是有一天晚上做了一個夢,夢到自己在一個電梯了垂直自由下落,然後他想到了一件事:如果一個人在電梯裡自由落體,那麼它是感受不到重力的,就像在電梯裡懸浮了一般。

    愛因斯坦的大腦突然劃過一道閃電:電梯自由下落這是引力導致的,我在電梯裡感受不到重力加速度。這個場景剛好把狹義相對論無法處理的兩個東西(引力和加速度)都包含進來了,而且,他們似乎是相等的。

    總之,愛因斯坦經過一輪瘋狂的思考之後,他大膽的提出了一個假設:引力場和加速度的等效的(做了通俗化處理)。

    說的正規一點就是:區域性引力場中自由下落的參考系與無引力場的慣性系不可區分。

    回到電梯的話題就是:我懸浮在電梯裡,你從裡面完全無法區分我是懸浮在太空裡(慣性系),還是在一個自由落體運動的電梯裡(有地球引力的非慣性系),無法區分就是等價,就是說兩者的在物理上是一樣的。

    總之,這個東西就是等效原理,是廣義相對論的一個假設(跟光速不變是狹義相對論的假設一樣)。

    廣義相對論

    這說明了啥?我把一個有引力的慣性系成功的轉化成了一個慣性系,這就意味著我可以這樣去處理引力,把引力場等效成一個特殊的慣性系,然後在慣性系裡我就可以使用狹義相對論了。

    愛因斯坦真的就這麼幹了,利用等效原理可以把帶引力的非慣性系轉化成不含引力的慣性系,凡是有引力的地方我都給它加一個自由降落的參考系將引力消除,然後剩下的事情用狹義相對論處理。利用這樣的思想,愛因斯坦創立了廣義相對論,把引力包也包含到裡面去了。

    這裡我們瞻仰一下廣義相對論的引力場方程:

    這個方程在我們無需理解,權當用來瞻仰一下愛因斯坦的偉大。這個方程左邊表示的是時空彎曲的情況,右邊表達物質及其運動。

    用一句比較詩意優雅的話來說就是:物質告訴時空怎麼彎曲,時空告訴物質怎麼運動。

    廣義相對論的通俗解釋就只能到這裡了,它的核心思想的就是:任何有質量的物體都會引起時空彎曲,然後物體在這個彎曲的時空裡繼續做他們的“慣性運動”。

    彎曲得太厲害以至於光掉進去都出不來了就是黑洞,這邊彎曲的恰好跟另一個彎曲的親嘴對上了就是蟲洞。

  • 2 # abetterman007

    與一個漂亮的姑娘一起待兩小時,就像兩分鐘一樣快;

    與一個胖大媽一起待兩分鐘,就像兩小時一樣漫長!

    這就是愛因斯坦的相對論。

  • 3 # 使用者2757150983365

    愛因斯坦是現代科學技術產生以來最富創新精神的科學家。他創立的相對論是人類思想史上最偉大的成就之一。推崇他的人認為:在整個人類科學史中,只有哥白尼、牛頓和達爾文才能夠和他相提並論。

    1905年3月提出了著名的光量子假說。6月,寫了《論動體的電動力學》的長篇論文,完整地提出了最著名的狹義想對論理論。9月提出了質量(m)和能量(E)相當性的公式:E=mc2。

    1913年,發表《廣義相對論綱要和引力理論》,並在1915年提交了論文《引力的場方程》。

    1916年,寫出《廣義相對論的基礎》、《狹義與廣義相對論淺說》論文。

    1917年,發表開創性論文《根據廣義相對論對宇宙學所作的考察》,把宇宙看成“具有有限空間(三維的)體積的自身閉合的連續區”,以科學論據推論宇宙在空間上是有限無界的,被認為是“宇宙觀的一次革命”。

    1921年因發現光電效應定律而榮獲諾貝爾物理學獎。

    當然作為愛因斯坦的“代表作”還是相對論。在1905年發表的《論動體的電動力學》論文中,他完整地提出了狹義相對論理論。他根據勻速運動的相對性和光速不變的事實,用快刀斬亂麻的方式,否定了困擾人類的“以太存在”和決定空間觀念。在1915年愛因斯坦又建立了廣義相對論,揭示出了——作為時間、空間統一體的時間—和空間與物質的統一關係,指出空間時間不可能離開物質而獨立存在,空間的結構和性質不可能取決於物質的分佈——。這就是相對論的精髓。

    愛因斯坦沒有墳墓,沒有紀念碑。但他一生辛勤勞動的果實,他對科學偉大的貢獻永遠留給全世界。

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